แรงเสียดทานในธรรมชาติเป็นข้อเท็จจริงที่น่าสนใจ แรงเสียดทาน: ข้อเท็จจริงที่น่าสนใจบางประการ ประเภทของแรงเสียดทาน

สถาบันการศึกษางบประมาณเทศบาล

"โรงเรียนมัธยมเปอร์โวไมสกายา"

หมู่บ้านเปอร์โวไมสกี้

วิจัย

“แรงเสียดทานและคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์”

เสร็จสิ้นโดย: Platon Alexey

นักเรียนชั้นประถมศึกษาปีที่ 9 – เกรด “D”

หัวหน้างาน:

,

ครูสอนฟิสิกส์

หมู่บ้านเปอร์โวไมสกี้

ภูมิภาคตัมบอฟ

2012

1. บทนำ 3

2. การวิจัยความคิดเห็นของประชาชน 4

3. แรงเสียดทานคืออะไร (ทฤษฎีเล็กน้อย) 5

3.1. พักแรงเสียดทาน 5

3.2. แรงเสียดทานแบบเลื่อน 6

3.3. แรงเสียดทานแบบกลิ้ง 6

3.4. การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์ 8

3.5. ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน 9

3.6. บทบาทของแรงเสียดทาน สิบเอ็ด

4. ผลการทดลอง 12

5. งานออกแบบและสรุปผล 13

6. บทสรุป. 15

7. รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว 16

1. การแนะนำ

ปัญหา:ทำความเข้าใจว่าเราต้องการแรงเสียดทานหรือไม่และค้นหาคุณสมบัติที่เป็นประโยชน์ของมัน

รถเร่งความเร็วได้อย่างไร และแรงอะไรที่ทำให้รถช้าลงเมื่อเบรก? ทำไมรถถึงลื่นไถลบนถนนลื่น? อะไรทำให้ชิ้นส่วนสึกหรออย่างรวดเร็ว? ทำไมรถที่เร่งความเร็วสูงแล้วหยุดกะทันหันไม่ได้? พืชอยู่ในดินได้อย่างไร? เหตุใดการถือปลาเป็นๆ ไว้ในมือจึงเป็นเรื่องยาก เราจะอธิบายเปอร์เซ็นต์การบาดเจ็บและอุบัติเหตุทางจราจรที่สูงในฤดูหนาวได้อย่างไร

คำตอบสำหรับคำถามเหล่านี้และคำถามอื่นๆ ที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหวของร่างกายนั้นเป็นไปตามกฎแห่งแรงเสียดทาน

จากคำถามข้างต้น พบว่าแรงเสียดทานเป็นทั้งปรากฏการณ์ที่เป็นอันตรายและเป็นประโยชน์

ในศตวรรษที่ 18 นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสค้นพบกฎที่ว่าแรงเสียดทานระหว่างวัตถุที่เป็นของแข็งไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส แต่เป็นสัดส่วนกับแรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับและขึ้นอยู่กับคุณสมบัติของพื้นผิวสัมผัส . การพึ่งพาแรงเสียดทานกับคุณสมบัติของพื้นผิวสัมผัสนั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานอยู่ระหว่าง 0.5 ถึง 0.15 แม้ว่าจะมีการเสนอสมมติฐานมากมายนับแต่นั้นมาเพื่ออธิบายกฎนี้ แต่ทฤษฎีแรงเสียดทานที่สมบูรณ์ยังไม่มีอยู่จริง แรงเสียดทานถูกกำหนดโดยคุณสมบัติพื้นผิวของของแข็ง และพวกมันมีความซับซ้อนมากและยังไม่มีการศึกษาอย่างถี่ถ้วน

เป้าหมายหลักของโครงการนี้ : 1) ศึกษาธรรมชาติของแรงเสียดทาน สำรวจปัจจัยที่แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับ พิจารณาประเภทของแรงเสียดทาน

2) ค้นหาว่าบุคคลได้รับความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้ได้อย่างไรลักษณะของมันคืออะไร

3) แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์แรงเสียดทานหรือการไม่มีมันมีบทบาทอย่างไรในชีวิตของเรา ตอบคำถาม: “เรารู้อะไรเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้บ้าง”

4) สร้างการทดลองสาธิต อธิบายผลของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

งาน: ติดตามประสบการณ์ทางประวัติศาสตร์ของมนุษยชาติในการใช้และการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์นี้ ค้นหาธรรมชาติของปรากฏการณ์แรงเสียดทาน กฎแห่งแรงเสียดทาน ทำการทดลองเพื่อยืนยันรูปแบบและการพึ่งพาของแรงเสียดทาน คิดทบทวนและสร้างการทดลองสาธิตที่พิสูจน์การพึ่งพาแรงเสียดทานต่อแรงกดปกติ คุณสมบัติของพื้นผิวสัมผัส และความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของร่างกาย

เพื่อให้บรรลุเป้าหมาย เราได้ทำงานในโครงการนี้ในด้านต่อไปนี้:

1) การวิจัยความคิดเห็นสาธารณะ

2) การศึกษาทฤษฎีแรงเสียดทาน

3) การทดลอง;

4) การออกแบบ

ความเกี่ยวข้องของปัญหาปรากฏการณ์แรงเสียดทานเกิดขึ้นบ่อยมากในชีวิตของเรา การเคลื่อนไหวของร่างกายที่สัมผัสกันทั้งหมดจะเกิดขึ้นพร้อมกับแรงเสียดทานเสมอ แรงเสียดทานจะส่งผลต่อธรรมชาติของการเคลื่อนไหวไม่มากก็น้อยเสมอ

สมมติฐานแรงเสียดทานที่เป็นประโยชน์นั้นขึ้นอยู่กับประเภทของพื้นผิวที่ถูและแรงกด

ความสำคัญในทางปฏิบัติประกอบด้วยการใช้การพึ่งพาแรงเสียดทานกับแรงปฏิกิริยาของส่วนรองรับ คุณสมบัติของพื้นผิวสัมผัส และความเร็วของการเคลื่อนที่ในธรรมชาติ นอกจากนี้ยังจำเป็นต้องคำนึงถึงเรื่องนี้ในด้านเทคโนโลยีและในชีวิตประจำวันด้วย

ความสนใจทางวิทยาศาสตร์คือในระหว่างการศึกษาประเด็นนี้ ได้รับข้อมูลบางส่วนเกี่ยวกับการประยุกต์ใช้ปรากฏการณ์แรงเสียดทานในทางปฏิบัติ

2. การวิจัยความคิดเห็นของประชาชน

เป้าหมาย: แสดงให้เห็นว่าปรากฏการณ์แรงเสียดทานหรือการไม่มีมันมีบทบาทอย่างไรในชีวิตของเรา ตอบคำถาม: “เรารู้อะไรเกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้บ้าง”

เราศึกษาสุภาษิตและสุภาษิตที่แสดงแรงเสียดทานสถิต กลิ้ง และเลื่อน เราศึกษาประสบการณ์ของมนุษย์ในการใช้แรงเสียดทานและวิธีการต่อสู้กับแรงเสียดทาน

สุภาษิตและคำพูด:

จะไม่มีหิมะจะไม่มีร่องรอย

บนภูเขาจะมีเกวียนที่เงียบสงบ

มันยากที่จะว่ายทวนน้ำ

ถ้าคุณรักที่จะขี่คุณก็ชอบที่จะถือเลื่อนด้วย

ความอดทนและการทำงานจะบดขยี้ทุกสิ่งลง

เกวียนจึงเริ่มร้องเพลงเพราะไม่ได้กินน้ำมันดินมาเป็นเวลานาน

และเขาเขียนหวัด เล่น ตี และกลิ้ง และทั้งหมดเป็นภาษา

เขาโกหกว่าเขาเย็บด้วยผ้าไหม

นำเหรียญมาถูบนพื้นผิวที่ขรุขระ เราจะรู้สึกถึงแรงต้านได้อย่างชัดเจน - นี่คือแรงเสียดทาน หากคุณถูเร็วเกินไป เหรียญจะเริ่มร้อนขึ้น เตือนเราว่าการเสียดสีทำให้เกิดความร้อน ซึ่งเป็นข้อเท็จจริงที่มนุษย์ยุคหินรู้จัก เพราะนี่คือวิธีที่ผู้คนเรียนรู้ที่จะจุดไฟเป็นครั้งแรก

แรงเสียดทานทำให้เรามีโอกาสเดิน นั่ง และทำงานโดยไม่ต้องกลัวว่าหนังสือและสมุดบันทึกจะหล่นจากโต๊ะ โต๊ะจะเลื่อนจนชนมุม และปากกาจะหลุดออกจากนิ้วของเรา

แรงเสียดทานส่งเสริมความมั่นคง ช่างไม้ปรับระดับพื้นเพื่อให้โต๊ะและเก้าอี้ยังคงอยู่ในตำแหน่งที่วางไว้

อย่างไรก็ตาม การเสียดสีเล็กน้อยบนน้ำแข็งสามารถนำไปใช้ประโยชน์ในทางเทคนิคได้สำเร็จ หลักฐานของสิ่งนี้คือสิ่งที่เรียกว่าถนนน้ำแข็ง ซึ่งถูกสร้างขึ้นเพื่อขนส่งไม้จากพื้นที่ตัดไม้ไปยังทางรถไฟหรือไปยังจุดล่องแพ บนถนนดังกล่าวซึ่งมีรางน้ำแข็งเรียบ ม้าสองตัวลากเลื่อนที่บรรทุกท่อนไม้หนัก 70 ตัน

แรงเสียดทานไม่ได้เป็นเพียงการเบรกขณะเคลื่อนที่เท่านั้น นี่เป็นสาเหตุหลักที่ทำให้อุปกรณ์ทางเทคนิคเสื่อมสภาพ ซึ่งเป็นปัญหาที่มนุษย์เผชิญในช่วงรุ่งอรุณแห่งอารยธรรม ในระหว่างการขุดค้นในเมืองสุเมเรียนที่เก่าแก่ที่สุดแห่งหนึ่ง - อูรุก - ค้นพบซากของล้อไม้ขนาดใหญ่ซึ่งมีอายุ 4.5 พันปี ล้อหุ้มด้วยตะปูทองแดงเพื่อจุดประสงค์ที่ชัดเจนในการปกป้องขบวนรถจากการสึกหรออย่างรวดเร็ว

และในยุคของเรา การต่อสู้กับการสึกหรอของอุปกรณ์ทางเทคนิคถือเป็นปัญหาทางวิศวกรรมที่สำคัญที่สุด การแก้ปัญหาที่ประสบความสำเร็จจะช่วยประหยัดเหล็กและโลหะที่ไม่ใช่เหล็กได้หลายสิบล้านตัน และลดการผลิตเครื่องจักรจำนวนมากและ อะไหล่สำหรับพวกเขา

ในสมัยโบราณ วิศวกรมีวิธีที่สำคัญในการลดแรงเสียดทานในกลไกต่างๆ เช่น ตลับลูกปืนธรรมดาโลหะที่เปลี่ยนได้ หล่อลื่นด้วยไขมันหรือน้ำมันมะกอก และแม้แต่ตลับลูกปืนแบบกลิ้ง

ตลับลูกปืนชนิดแรกของโลกถือเป็นห่วงเข็มขัดที่รองรับเพลาของเกวียนสุเมเรียนในยุคก่อนผู้คน

ตลับลูกปืนที่มีปลอกโลหะแบบถอดเปลี่ยนได้เป็นที่รู้จักกันดีในสมัยกรีกโบราณ ซึ่งใช้ในประตูและโรงสีบ่อน้ำ

แน่นอนว่าการเสียดสียังมีบทบาทเชิงบวกในชีวิตของเรา แต่ก็เป็นอันตรายต่อเราเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่งในฤดูหนาวเมื่อมีน้ำแข็ง

3. แรงเสียดทานคืออะไร (ทฤษฎีเล็กน้อย)

เป้าหมาย:ศึกษาธรรมชาติของแรงเสียดทาน สำรวจปัจจัยที่แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับ พิจารณาประเภทของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทาน

หากเราลองย้ายตู้เราจะเห็นทันทีว่าทำไม่ได้ง่ายนัก การเคลื่อนไหวของเขาจะถูกขัดขวางโดยปฏิสัมพันธ์ของขากับพื้นที่เขายืน แรงเสียดทานมี 3 ประเภท: แรงเสียดทานสถิต แรงเสียดทานแบบเลื่อน แรงเสียดทานแบบกลิ้ง เราต้องการทราบว่าสายพันธุ์เหล่านี้แตกต่างกันอย่างไร และมีอะไรเหมือนกัน?

3.1. แรงเสียดทานสถิต

เพื่อที่จะค้นหาแก่นแท้ของปรากฏการณ์นี้ คุณสามารถทำการทดลองง่ายๆ ได้ วางบล็อกไว้บนกระดานเอียง หากมุมเอียงของบอร์ดไม่ใหญ่เกินไป บล็อกอาจยังคงอยู่ที่เดิม อะไรจะทำให้มันไม่เลื่อนลงมา? พักแรงเสียดทาน

ลองกดมือของเราไปที่สมุดบันทึกที่วางอยู่บนโต๊ะแล้วขยับมัน สมุดบันทึกจะเคลื่อนที่สัมพันธ์กับโต๊ะ แต่จะวางตัวสัมพันธ์กับฝ่ามือของเรา เราใช้อะไรในการเคลื่อนย้ายสมุดบันทึกนี้ การใช้แรงเสียดทานสถิตระหว่างโน้ตบุ๊กกับมือของคุณ แรงเสียดทานสถิตจะเคลื่อนโหลดบนสายพานลำเลียงที่กำลังเคลื่อนที่ ป้องกันไม่ให้เชือกผูกหลุด ยึดตะปูที่ตอกเข้ากับกระดาน ฯลฯ

แรงเสียดทานสถิตอาจแตกต่างกัน มันเติบโตไปพร้อมกับพลังที่พยายามจะเคลื่อนร่างกายออกจากที่ของมัน แต่สำหรับวัตถุสองชิ้นที่สัมผัสกันจะมีค่าสูงสุดที่แน่นอนซึ่งไม่สามารถมากกว่านั้นได้ ตัวอย่างเช่น สำหรับท่อนไม้ที่วางอยู่บนกระดานไม้ แรงเสียดทานสถิตสูงสุดจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 ของน้ำหนัก โดยการใช้แรงกับร่างกายที่เกินแรงเสียดทานสถิตสูงสุด เราจะขยับร่างกาย และมันจะเริ่มเคลื่อนไหว ในกรณีนี้ แรงเสียดทานสถิตจะถูกแทนที่ด้วยแรงเสียดทานแบบเลื่อน

3.2. แรงเสียดทานแบบเลื่อน

อะไรทำให้เลื่อนเลื่อนลงมาจากภูเขาค่อยๆ หยุดลง? เนื่องจากการเสียดสีแบบเลื่อน ทำไมเด็กซนเลื่อนบนน้ำแข็งจึงช้าลง? เนื่องจากการเสียดสีแบบเลื่อนมักจะพุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับทิศทางการเคลื่อนที่ของร่างกาย สาเหตุของแรงเสียดทาน:

1) ความหยาบของพื้นผิวของส่วนที่สัมผัสกัน แม้แต่พื้นผิวที่ดูเรียบเนียน จริงๆ แล้วก็ยังมีสิ่งผิดปกติเล็กๆ น้อยๆ อยู่เสมอ (ส่วนที่ยื่นออกมา รอยกด) เมื่อร่างหนึ่งเลื่อนไปบนพื้นผิวของอีกร่างหนึ่ง สิ่งผิดปกติเหล่านี้จะจับกันและรบกวนการเคลื่อนไหว

2) แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลที่ทำหน้าที่ ณ จุดที่สัมผัสกับวัตถุที่ถู แรงดึงดูดเกิดขึ้นระหว่างโมเลกุลของสารในระยะทางที่สั้นมาก แรงดึงดูดระดับโมเลกุลจะแสดงออกมาในกรณีที่พื้นผิวของวัตถุที่สัมผัสถูกขัดเงาอย่างดี ตัวอย่างเช่นเมื่อโลหะสองชนิดที่มีพื้นผิวที่สะอาดและเรียบเนียนมากแปรรูปในสุญญากาศโดยใช้เทคโนโลยีพิเศษแบบเลื่อนสัมพัทธ์แรงเสียดทานจะแข็งแกร่งกว่าแรงเสียดทานระหว่างบล็อกไม้ซึ่งกันและกันมากและยิ่งไปกว่านั้น การเลื่อนเป็นไปไม่ได้

3.3. แรงเสียดทานแบบกลิ้ง

หากวัตถุไม่เลื่อนบนพื้นผิวของวัตถุอื่น แต่ม้วนตัวเหมือนล้อหรือทรงกระบอก แรงเสียดทานที่เกิดขึ้น ณ จุดที่สัมผัสกันเรียกว่าแรงเสียดทานจากการกลิ้ง ล้อกลิ้งถูกกดลงบนพื้นผิวถนนค่อนข้างมากดังนั้นจึงต้องมีการกระแทกเล็ก ๆ อยู่ข้างหน้าเสมอซึ่งจะต้องเอาชนะให้ได้ ความจริงที่ว่าล้อกลิ้งต้องวิ่งผ่านชนที่ปรากฏอยู่ด้านหน้าอย่างต่อเนื่องซึ่งทำให้เกิดแรงเสียดทานจากการหมุน นอกจากนี้ยิ่งถนนแข็งมากเท่าไร แรงเสียดทานจากการหมุนก็จะน้อยลงเท่านั้น ที่ภาระเดียวกัน แรงเสียดทานจากการหมุนจะน้อยกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อนอย่างมาก (ซึ่งสังเกตได้ในสมัยโบราณ) ดังนั้นขาของของหนัก เช่น เตียง เปียโน ฯลฯ จึงติดตั้งลูกกลิ้ง ในด้านเทคโนโลยี ตลับลูกปืนกลิ้งหรือที่เรียกว่าตลับลูกปืนเม็ดกลมและลูกกลิ้งถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อลดแรงเสียดทานในเครื่องจักร

แรงเสียดทานประเภทนี้เรียกว่าแรงเสียดทานแบบแห้ง เรารู้ว่าทำไมหนังสือไม่ตกโต๊ะ แต่อะไรจะหยุดไม่ลื่นถ้าโต๊ะเอียงเล็กน้อย? คำตอบของเราคือแรงเสียดทาน! เราจะพยายามอธิบายลักษณะของแรงเสียดทาน

เมื่อมองแวบแรก เป็นเรื่องง่ายมากที่จะอธิบายที่มาของแรงเสียดทาน ท้ายที่สุดแล้วพื้นผิวโต๊ะและปกหนังสือก็ขรุขระ สิ่งนี้สามารถสัมผัสได้และภายใต้กล้องจุลทรรศน์จะเห็นว่าพื้นผิวของวัตถุที่แข็งแกร่งนั้นมีลักษณะคล้ายกับประเทศบนภูเขามากที่สุด ส่วนที่ยื่นออกมาจำนวนนับไม่ถ้วนเกาะติดกัน ทำให้เสียรูปเล็กน้อย และป้องกันไม่ให้หนังสือเลื่อนหลุด ดังนั้นแรงเสียดทานสถิตจึงเกิดจากแรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลเดียวกันกับความยืดหยุ่นทั่วไป

ถ้าเราเพิ่มความเอียงของโต๊ะ หนังสือก็จะเริ่มเลื่อน แน่นอนว่าสิ่งนี้เริ่มที่จะ "บิ่น" ตุ่ม ทำลายพันธะโมเลกุลที่ไม่สามารถทนต่อภาระที่เพิ่มขึ้นได้ แรงเสียดทานยังคงทำหน้าที่อยู่ แต่มันจะเป็นแรงเสียดทานแบบเลื่อน การตรวจจับ "การบิ่น" ของตุ่มนั้นไม่ใช่เรื่องยาก ผลลัพธ์ของ "การบิ่น" นี้คือการสึกหรอของชิ้นส่วนที่เสียดสี

ดูเหมือนว่ายิ่งขัดพื้นผิวให้ละเอียดมากเท่าใด แรงเสียดทานก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น นี่เป็นเรื่องจริงในระดับหนึ่ง การเจียรจะช่วยลดแรงเสียดทานระหว่างแท่งเหล็กสองเส้น เป็นต้น แต่ก็ไม่สิ้นสุด! แรงเสียดทานเริ่มเพิ่มขึ้นทันทีเมื่อความเรียบของพื้นผิวเพิ่มขึ้นอีก นี่เป็นสิ่งที่ไม่คาดคิด แต่ก็ยังเข้าใจได้

เมื่อพื้นผิวเรียบขึ้น พวกมันก็จะแนบชิดกันมากขึ้น

อย่างไรก็ตาม ตราบใดที่ความสูงของสิ่งผิดปกติเกินรัศมีโมเลกุลหลายรัศมี ก็ไม่มีแรงอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุลของพื้นผิวข้างเคียง ท้ายที่สุดแล้วสิ่งเหล่านี้เป็นกองกำลังระยะสั้นมาก เมื่อขัดเงาได้อย่างสมบูรณ์ พื้นผิวจะเข้ามาชิดกันมากจนแรงยึดเกาะของโมเลกุลเข้ามามีบทบาท พวกเขาจะเริ่มป้องกันไม่ให้แท่งเคลื่อนที่สัมพันธ์กันซึ่งทำให้เกิดแรงเสียดทานสถิต เมื่อแท่งเรียบเลื่อน พันธะโมเลกุลระหว่างพื้นผิวจะขาด เช่นเดียวกับพันธะภายในตุ่มที่แตกสลายบนพื้นผิวขรุขระ การแตกพันธะโมเลกุลเป็นความแตกต่างที่สำคัญระหว่างแรงเสียดทานและแรงยืดหยุ่น เมื่อแรงยืดหยุ่นเกิดขึ้น การแตกดังกล่าวจะไม่เกิดขึ้น ด้วยเหตุนี้แรงเสียดทานจึงขึ้นอยู่กับความเร็ว

หนังสือและนิยายวิทยาศาสตร์ยอดนิยมมักวาดภาพโลกที่ปราศจากความขัดแย้ง วิธีนี้ทำให้คุณสามารถแสดงทั้งประโยชน์และผลเสียของแรงเสียดทานได้อย่างชัดเจน แต่เราต้องไม่ลืมว่าแรงเสียดทานนั้นขึ้นอยู่กับแรงไฟฟ้าของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล การทำลายแรงเสียดทานจริงๆ แล้วหมายถึงการทำลายแรงไฟฟ้า และด้วยเหตุนี้ การสลายตัวของสสารโดยสมบูรณ์อย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้

แต่ความรู้เกี่ยวกับธรรมชาติของแรงเสียดทานไม่ได้มาหาเราด้วยตัวเอง เรื่องนี้นำหน้าด้วยงานวิจัยอันกว้างขวางของนักวิทยาศาสตร์เชิงทดลองมาเป็นเวลาหลายศตวรรษ ไม่ใช่ความรู้ทั้งหมดจะหยั่งรากได้ง่ายและง่ายดาย หลายความรู้จำเป็นต้องมีการทดสอบและการพิสูจน์เชิงทดลองซ้ำหลายครั้ง จิตใจที่ฉลาดที่สุดในศตวรรษที่ผ่านมาได้ศึกษาการพึ่งพาโมดูลัสของแรงเสียดทานจากปัจจัยหลายประการ: บนพื้นที่สัมผัสของพื้นผิว, ประเภทของวัสดุ, บนโหลด, บนความไม่สม่ำเสมอของพื้นผิวและความหยาบ, กับความเร็วสัมพัทธ์ของ การเคลื่อนไหวของร่างกาย ชื่อของนักวิทยาศาสตร์เหล่านี้: Leonardo da Vinci, Amonton, Leonard Euler, Charles Coulomb - เป็นชื่อที่มีชื่อเสียงที่สุด แต่ก็มีคนงานด้านวิทยาศาสตร์ธรรมดาเช่นกัน นักวิทยาศาสตร์ทุกคนที่เข้าร่วมในการศึกษาเหล่านี้ได้ทำการทดลองเพื่อเอาชนะแรงเสียดทาน

3.4. การอ้างอิงทางประวัติศาสตร์

ปีนี้คือ 1500 . ศิลปิน ประติมากร และนักวิทยาศาสตร์ชาวอิตาลีผู้ยิ่งใหญ่อย่าง Leonardo da Vinci ได้ทำการทดลองแปลกๆ ซึ่งทำให้นักเรียนของเขาประหลาดใจ

เขาลากข้ามพื้นโดยใช้เชือกที่บิดแน่นหรือเชือกเส้นเดียวกันทั้งความยาว เขาสนใจที่จะตอบคำถาม: แรงเสียดทานแบบเลื่อนขึ้นอยู่กับพื้นที่ของร่างกายที่สัมผัสขณะเคลื่อนที่หรือไม่? ช่างกลในยุคนั้นเชื่อมั่นอย่างลึกซึ้งว่ายิ่งพื้นที่สัมผัสมีขนาดใหญ่ แรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้นตามไปด้วย พวกเขาให้เหตุผลบางอย่างเช่นนี้ ยิ่งมีประเด็นดังกล่าวมากเท่าใด อำนาจก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น เห็นได้ชัดว่าบนพื้นผิวที่ใหญ่กว่าจะมีจุดสัมผัสดังกล่าวมากกว่าดังนั้นแรงเสียดทานควรขึ้นอยู่กับพื้นที่ของวัตถุที่ถู

Leonardo da Vinci สงสัยและเริ่มทำการทดลอง และฉันได้ข้อสรุปที่น่าทึ่ง: แรงเสียดทานแบบเลื่อนไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของวัตถุที่สัมผัสกัน ตลอดทาง Leonardo da Vinci ศึกษาการพึ่งพาแรงเสียดทานกับวัสดุที่ใช้สร้างตัวถัง ขนาดของภาระบนวัตถุเหล่านี้ ความเร็วในการเลื่อนและระดับความเรียบหรือความหยาบของพื้นผิว เขาได้รับผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

1.ไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่

2. ไม่ขึ้นอยู่กับวัสดุ

3. ขึ้นอยู่กับขนาดของภาระ (ตามสัดส่วน)

4. ไม่ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเลื่อน

5. ขึ้นอยู่กับความหยาบของพื้นผิว

1699 . จากการทดลองของเขา Amonton นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศสตอบคำถามเดียวกันห้าข้อ สำหรับสามตัวแรก - เหมือนกันสำหรับอันที่สี่ - มันขึ้นอยู่กับ ในวันที่ห้า - มันไม่ได้ขึ้นอยู่กับ มันได้ผลและ Amonton ยืนยันข้อสรุปที่ไม่คาดคิดของ Leonardo da Vinci เกี่ยวกับความเป็นอิสระของแรงเสียดทานจากบริเวณที่สัมผัสกับวัตถุ แต่ในขณะเดียวกัน เขาไม่เห็นด้วยกับเขาว่าแรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับความเร็วในการเลื่อน เขาเชื่อว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อนขึ้นอยู่กับความเร็ว แต่เขาไม่เห็นด้วยว่าแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความหยาบของพื้นผิว

ในช่วงศตวรรษที่ 18 และ 19 มีการศึกษาเกี่ยวกับหัวข้อนี้มากถึงสามสิบเรื่อง ผู้เขียนเห็นด้วยกับสิ่งเดียวเท่านั้น - แรงเสียดทานนั้นแปรผันตามแรงกดปกติที่กระทำต่อวัตถุที่สัมผัสกัน แต่ไม่มีข้อตกลงในประเด็นอื่น ข้อเท็จจริงจากการทดลองยังคงสร้างปริศนาให้กับนักวิทยาศาสตร์ที่โดดเด่นที่สุด: แรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของร่างกายที่ถู

1748 . สมาชิกเต็มของ Russian Academy of Sciences Leonhard Euler ตีพิมพ์คำตอบสำหรับคำถามห้าข้อเกี่ยวกับแรงเสียดทาน สามคนแรกเหมือนกับครั้งก่อน แต่ในวันที่สี่เขาเห็นด้วยกับ Amonton และประการที่ห้า - กับ Leonardo da Vinci

พ.ศ. 2322 . ในการเชื่อมต่อกับการนำเครื่องจักรและกลไกมาใช้ในการผลิต จึงมีความจำเป็นเร่งด่วนที่จะต้องศึกษากฎแห่งแรงเสียดทานในเชิงลึกมากขึ้น คูลอมบ์นักฟิสิกส์ชาวฝรั่งเศสผู้มีชื่อเสียงเริ่มแก้ไขปัญหาแรงเสียดทานและอุทิศเวลาสองปีให้กับมัน เขาทำการทดลองที่อู่ต่อเรือแห่งหนึ่งในท่าเรือแห่งหนึ่งของฝรั่งเศส ที่นั่นเขาพบว่าสภาวะการผลิตในทางปฏิบัติซึ่งแรงเสียดทานมีบทบาทสำคัญมาก จี้ตอบทุกคำถาม - ใช่ แรงเสียดทานทั้งหมดยังคงขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นผิวของวัตถุที่ถู เป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงกดปกติ ขึ้นอยู่กับวัสดุของวัตถุที่สัมผัส ขึ้นอยู่กับความเร็วการเลื่อนและระดับ ความเรียบเนียนของพื้นผิวที่ถู ต่อมา นักวิทยาศาสตร์เริ่มสนใจคำถามเกี่ยวกับอิทธิพลของการหล่อลื่น และระบุประเภทของแรงเสียดทาน ได้แก่ ของเหลว บริสุทธิ์ แห้ง และขอบเขต

คำตอบที่ถูกต้อง

แรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ของวัตถุที่สัมผัส แต่ขึ้นอยู่กับวัสดุของวัตถุ: ยิ่งแรงดันปกติมากเท่าใด แรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น การวัดที่แม่นยำแสดงให้เห็นว่าโมดูลัสของแรงเสียดทานแบบเลื่อนขึ้นอยู่กับโมดูลัสของความเร็วสัมพัทธ์

แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับคุณภาพของการประมวลผลของพื้นผิวที่ถูและส่งผลให้แรงเสียดทานเพิ่มขึ้น หากคุณขัดพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัสกันอย่างระมัดระวัง จำนวนจุดสัมผัสด้วยแรงเท่ากันของแรงดันปกติจะเพิ่มขึ้น ดังนั้นแรงเสียดทานจึงเพิ่มขึ้น แรงเสียดทานเกี่ยวข้องกับการเอาชนะพันธะโมเลกุลระหว่างวัตถุที่สัมผัสกัน

3.5.ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน

แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับแรงที่กดวัตถุที่กำหนดกับพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง กล่าวคือ แรงกดปกติเอ็น และคุณภาพของพื้นผิวที่ถู

ในการทดลองกับไทรโบมิเตอร์ แรงกดปกติคือน้ำหนักของบล็อก ให้เราวัดแรงกดปกติเท่ากับน้ำหนักของถ้วยด้วยน้ำหนัก ณ เวลาที่บล็อกเลื่อนสม่ำเสมอ ตอนนี้ให้เราเพิ่มแรงกดปกติเป็นสองเท่าโดยการวางตุ้มน้ำหนักบนบล็อก การวางน้ำหนักเพิ่มเติมบนถ้วยจะทำให้บล็อกเคลื่อนที่เท่าๆ กันอีกครั้ง

แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่า จากการทดลองที่คล้ายกัน พบว่าด้วยวัสดุและสภาพของพื้นผิวที่ถูไม่เปลี่ยนแปลง แรงเสียดทานจะเป็นสัดส่วนโดยตรงกับแรงกดปกติ เช่น

ค่าที่แสดงถึงการพึ่งพาแรงเสียดทานกับวัสดุและคุณภาพของการประมวลผลของพื้นผิวถูเรียกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ค่าสัมประสิทธิ์การเสียดสีวัดด้วยตัวเลขเชิงนามธรรมซึ่งแสดงว่าส่วนใดของแรงกดปกติคือแรงเสียดทาน

μ ขึ้นอยู่กับหลายสาเหตุ ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าการเสียดสีระหว่างวัตถุที่มีสารชนิดเดียวกันนั้น โดยทั่วไปแล้วจะมากกว่าการเสียดสีระหว่างวัตถุที่มีสารต่างกัน ดังนั้นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเหล็กกับเหล็กจึงมากกว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเหล็กกับทองแดง สิ่งนี้อธิบายได้จากการมีอยู่ของแรงปฏิสัมพันธ์ของโมเลกุลซึ่งมีขนาดใหญ่กว่ามากสำหรับโมเลกุลที่เป็นเนื้อเดียวกันมากกว่าสำหรับโมเลกุลที่แตกต่างกัน

ส่งผลต่อแรงเสียดทานและคุณภาพของการประมวลผลพื้นผิวที่ถู

เมื่อคุณภาพของการประมวลผลของพื้นผิวเหล่านี้แตกต่างกัน ขนาดของความหยาบบนพื้นผิวที่ถูก็ไม่เท่ากันเช่นกัน การยึดเกาะของความหยาบเหล่านี้ก็จะยิ่งแข็งแกร่งขึ้น กล่าวคือ μ ของแรงเสียดทานก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น ดังนั้น วัสดุและคุณภาพเดียวกันในการประมวลผลของพื้นผิวทั้งสองที่ถูจึงสอดคล้องกับค่าสูงสุด font-size:14.0pt;line-height:115%"> แรงปฏิสัมพันธ์ หากอยู่ในสูตรก่อนหน้าภายใต้เอฟ tr หมายถึงแรงเสียดทานแบบเลื่อน จากนั้น μ จะแสดงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานแบบเลื่อน แต่ถ้าเอฟทีพี แทนที่ด้วยค่าแรงเสียดทานสถิตที่ใหญ่ที่สุดสูงสุด . จากนั้น μ จะแสดงค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานสถิต

ทีนี้มาตรวจสอบว่าแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัสของพื้นผิวที่ถูหรือไม่ ในการดำเนินการนี้ ให้ติดแท่งที่เหมือนกัน 2 แท่งบนไทรโบมิเตอร์รันเนอร์ และวัดแรงเสียดทานระหว่างรันเนอร์กับแท่ง "คู่" จากนั้นเราวางมันไว้บนนักวิ่งแยกกัน โดยเชื่อมต่อกัน และวัดแรงเสียดทานอีกครั้ง ปรากฎว่าแม้ว่าพื้นที่พื้นผิวถูจะเพิ่มขึ้นในกรณีที่สอง แต่แรงเสียดทานยังคงเท่าเดิม ตามมาว่าแรงเสียดทานไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของพื้นผิวที่ถู เมื่อมองแวบแรกก็แปลก ผลลัพธ์ของการทดลองอธิบายได้ง่ายมาก ด้วยการเพิ่มพื้นที่ของพื้นผิวที่ถู เราจึงเพิ่มจำนวนความผิดปกติบนพื้นผิวของร่างกายที่เชื่อมต่อกัน แต่ในขณะเดียวกันก็ลดแรงที่สิ่งผิดปกติเหล่านี้กดทับกัน เนื่องจากเรากระจาย น้ำหนักของแท่งบนพื้นที่ขนาดใหญ่

ประสบการณ์แสดงให้เห็นว่าแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับความเร็วของการเคลื่อนที่ อย่างไรก็ตามที่ความเร็วต่ำการพึ่งพานี้สามารถละเลยได้ ในขณะที่ความเร็วของการเคลื่อนที่ต่ำ แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่เพิ่มขึ้น สำหรับการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจะสังเกตความสัมพันธ์แบบผกผัน: เมื่อความเร็วเพิ่มขึ้นแรงเสียดทานจะลดลง ควรสังเกตว่าความสัมพันธ์ที่สร้างขึ้นทั้งหมดสำหรับแรงเสียดทานนั้นเป็นค่าประมาณ

แรงเสียดทานจะแตกต่างกันไปอย่างมากขึ้นอยู่กับสถานะของพื้นผิวที่ถู ลดลงอย่างมากเมื่อมีชั้นของเหลว เช่น น้ำมัน ระหว่างพื้นผิวที่ถู (น้ำมันหล่อลื่น) น้ำมันหล่อลื่นถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายในเทคโนโลยีเพื่อลดแรงเสียดทานที่เป็นอันตราย

3.6. บทบาทของแรงเสียดทาน

ในด้านเทคโนโลยีและในชีวิตประจำวัน แรงเสียดทานมีบทบาทอย่างมาก ในบางกรณี แรงเสียดทานก็มีประโยชน์ และในบางกรณีก็เป็นอันตราย แรงเสียดทานยึดตะปู สกรู และน็อตที่ขับเคลื่อนเข้าไป ยึดด้ายในผ้า ผูกปม ฯลฯ หากไม่มีแรงเสียดทานก็จะไม่สามารถเย็บเสื้อผ้า ประกอบเครื่องจักร หรือประกอบกล่องได้

แรงเสียดทานเพิ่มความแข็งแรงของโครงสร้าง หากไม่มีแรงเสียดทาน จะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะวางผนังอาคาร หรือยึดเสาโทรเลข หรือยึดชิ้นส่วนของเครื่องจักรและโครงสร้างด้วยสลักเกลียว ตะปู และสกรู หากปราศจากการเสียดสี พืชจะไม่สามารถอยู่ในดินได้ การมีแรงเสียดทานสถิตทำให้บุคคลสามารถเคลื่อนที่บนพื้นผิวโลกได้ ในขณะที่เดิน บุคคลจะผลักโลกกลับ และโลกจะผลักบุคคลไปข้างหน้าด้วยแรงเดียวกัน แรงที่เคลื่อนบุคคลไปข้างหน้าเท่ากับแรงเสียดทานสถิตระหว่างฝ่าเท้ากับพื้นโลก

ยิ่งบุคคลผลักโลกกลับ แรงเสียดทานสถิตที่กระทำกับขาก็จะยิ่งมากขึ้น และบุคคลนั้นก็จะเคลื่อนที่เร็วขึ้น

เมื่อบุคคลดันโลกด้วยแรงที่มากกว่าแรงเสียดทานสถิตสูงสุด ขาจะเลื่อนไปข้างหลัง ทำให้เดินลำบาก จำไว้ว่าการเดินบนน้ำแข็งลื่นนั้นยากแค่ไหน เพื่อให้เดินได้ง่ายขึ้น คุณต้องเพิ่มแรงเสียดทานสถิต ด้วยเหตุนี้พื้นผิวลื่นจึงถูกโรยด้วยทราย เช่นเดียวกับการเคลื่อนที่ของหัวรถจักรไฟฟ้าหรือรถยนต์ ล้อที่เชื่อมต่อกับเครื่องยนต์เรียกว่าล้อขับเคลื่อน

เมื่อล้อขับเคลื่อนซึ่งเกิดจากแรงที่เกิดจากเครื่องยนต์ดันรางไปด้านหลัง แรงที่เท่ากับแรงเสียดทานสถิตและส่งผลต่อแกนล้อจะทำให้หัวรถจักรไฟฟ้าหรือรถยนต์เคลื่อนไปข้างหน้า ดังนั้นการเสียดสีระหว่างล้อขับเคลื่อนกับรางหรือโลกจึงเป็นประโยชน์ ถ้ามันเล็กล้อก็จะลื่นไถลและหัวรถจักรไฟฟ้าหรือรถยนต์ก็หยุดนิ่ง ตัวอย่างเช่น การเสียดสีระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องจักรที่ทำงานเป็นอันตราย เพื่อเพิ่มแรงเสียดทาน ให้โรยทรายบนราง ในสภาพน้ำแข็ง การเดินและขับรถเป็นเรื่องยากมาก เนื่องจากแรงเสียดทานสถิตมีค่าต่ำมาก ในกรณีเหล่านี้ ทางเท้าจะถูกโรยด้วยทรายและโซ่จะพันไว้บนล้อรถเพื่อเพิ่มแรงเสียดทานสถิต

แรงเสียดทานยังใช้เพื่อยึดร่างกายให้อยู่นิ่งหรือเพื่อหยุดร่างกายหากเคลื่อนไหว การหมุนของล้อหยุดลงโดยใช้ผ้าเบรกซึ่งกดเข้ากับขอบล้อไม่ทางใดก็ทางหนึ่ง ที่พบบ่อยที่สุดคือเบรกลม ซึ่งผ้าเบรกจะถูกกดเข้ากับล้อโดยใช้ลมอัด

มาดูความเคลื่อนไหวของม้าลากเลื่อนกันดีกว่า ม้าวางขาและเกร็งกล้ามเนื้อในลักษณะที่เมื่อไม่มีแรงเสียดทานพัก ขาจะเลื่อนไปข้างหลัง ในกรณีนี้ แรงเสียดทานสถิตที่พุ่งไปข้างหน้าเกิดขึ้น บนเลื่อนซึ่งม้าดึงไปข้างหน้าผ่านแนวด้วยแรง , แรงเสียดทานจากการเลื่อนจะกระทำจากพื้นดินและเคลื่อนไปข้างหลัง เพื่อให้ม้าและเลื่อนเร่งความเร็วได้ แรงเสียดทานของกีบม้าบนพื้นผิวถนนจำเป็นที่มากกว่าแรงเสียดทานที่กระทำกับเลื่อน อย่างไรก็ตาม ไม่ว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของเกือกม้าบนพื้นจะมากเพียงใด แรงเสียดทานสถิตก็ไม่สามารถมากกว่าแรงที่ควรจะทำให้กีบเลื่อนได้ นั่นก็คือ แรงของกล้ามเนื้อม้า ดังนั้นแม้ว่าขาของม้าจะไม่เลื่อน บางครั้งเขาก็ไม่สามารถเลื่อนเลื่อนอันหนักหน่วงได้ เมื่อเคลื่อนที่ (เมื่อเริ่มเลื่อน) แรงเสียดทานจะลดลงเล็กน้อย ดังนั้น บ่อยครั้งก็เพียงพอแล้วที่จะช่วยให้ม้าเคลื่อนเลื่อนเพื่อที่เขาจะขนมันไปได้

4. ผลการทดลอง

เป้า:ค้นหาการพึ่งพาแรงเสียดทานแบบเลื่อนจากปัจจัยต่อไปนี้:

จากภาระ;

จากบริเวณที่สัมผัสกับพื้นผิวถู

จากวัสดุถู (บนพื้นผิวแห้ง)

อุปกรณ์: ไดนาโมมิเตอร์ในห้องปฏิบัติการที่มีความแข็งของสปริง 40 N/m; ไดนาโมมิเตอร์สาธิตแบบกลม (ขีด จำกัด - 12N) บล็อกไม้ - 2 ชิ้น; ชุดโหลด; ไม้กระดาน; แผ่นโลหะแผ่นหนึ่ง แท่งเหล็กหล่อแบน น้ำแข็ง; ยาง.

ผลการทดลอง

1. การพึ่งพาแรงเสียดทานแบบเลื่อนต่อโหลด

2. การพึ่งพาแรงเสียดทานบนพื้นที่สัมผัสของพื้นผิวที่ถู

3. การพึ่งพาแรงเสียดทานกับขนาดของความผิดปกติของพื้นผิวที่ถู: ไม้บนไม้ (วิธีการรักษาพื้นผิวต่างๆ)

เมื่อศึกษาแรงเสียดทานจากวัสดุที่ถูพื้นผิว เราใช้หนึ่งบล็อกที่มีน้ำหนัก 120 กรัมและพื้นผิวสัมผัสที่แตกต่างกัน เราใช้สูตร:

เราคำนวณค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานของการเลื่อนสำหรับวัสดุต่อไปนี้:

5. งานออกแบบและสรุปผล

เป้าหมาย:สร้างการทดลองสาธิต อธิบายผลของปรากฏการณ์ที่สังเกตได้

การทดลองแรงเสียดทาน

หลังจากศึกษาวรรณกรรมแล้ว เราได้เลือกการทดลองหลายอย่างที่เราตัดสินใจทำเอง เราคิดผ่านการทดลองและพยายามอธิบายผลการทดลองของเรา เป็นเครื่องมือและเครื่องมือที่เราใช้: ไม้บรรทัดไม้, มีด, กระดาษทราย, ล้อลับคม

ประสบการณ์หมายเลข 1

กล่องทรงกระบอกที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 20 ซม. สูง 7 ซม. เต็มไปด้วยทราย รูปปั้นน้ำหนักเบาที่มีน้ำหนักบนขาถูกฝังอยู่ในทราย และวางลูกบอลโลหะไว้บนพื้นผิว เมื่อเขย่ากล่อง รูปร่างจะยื่นออกมาจากทราย และลูกบอลจะจมลงไปในนั้น เมื่อเขย่าทราย แรงเสียดทานระหว่างเม็ดทรายจะลดลง ทำให้เคลื่อนที่ได้และได้รับคุณสมบัติของของเหลว ดังนั้นร่างที่หนักจึง "จม" ในทราย และร่างที่เบาจะ "ลอย"

ประสบการณ์№ 2 มีดชี้ในเวิร์คช็อป การประมวลผลพื้นผิวของชิ้นส่วนโดยใช้กระดาษทราย ปรากฏการณ์นี้เกิดจากการแยกรอยบากระหว่างพื้นผิวสัมผัส

ประสบการณ์หมายเลข 3เมื่อสายไฟถูกยืดและงอซ้ำๆ บริเวณโค้งงอจะร้อนขึ้น สิ่งนี้เกิดขึ้นเนื่องจากการเสียดสีระหว่างชั้นโลหะแต่ละชั้น

นอกจากนี้ เมื่อเหรียญถูกับพื้นผิวแนวนอน เหรียญจะร้อนขึ้น

ผลการทดลองเหล่านี้สามารถอธิบายปรากฏการณ์ต่างๆ ได้มากมาย

เช่น กรณีในเวิร์คช็อป ขณะทำงานที่เครื่องจักร ฉันพบควันระหว่างพื้นผิวถูของชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวของเครื่องจักร สิ่งนี้อธิบายได้จากปรากฏการณ์แรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวสัมผัส เพื่อป้องกันปรากฏการณ์นี้ จำเป็นต้องหล่อลื่นพื้นผิวที่ถูและลดแรงเสียดทาน

6. บทสรุป

เราพบว่าผู้คนใช้ความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์แรงเสียดทานมานานแล้วซึ่งได้จากการทดลอง เริ่มต้นด้วยที่สิบห้า - ที่สิบหก ศตวรรษความรู้เกี่ยวกับปรากฏการณ์นี้กลายเป็นวิทยาศาสตร์: มีการทดลองเพื่อตรวจสอบการพึ่งพาแรงเสียดทานจากปัจจัยหลายประการและเปิดเผยรูปแบบ

ตอนนี้เรารู้แน่ชัดแล้วว่าแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับอะไรและสิ่งใดบ้างที่ไม่ส่งผลกระทบต่อมัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับ: น้ำหนักบรรทุกหรือน้ำหนักตัว; ประเภทของพื้นผิวสัมผัส ความเร็วของการเคลื่อนที่สัมพัทธ์ของร่างกาย กับขนาดของความผิดปกติหรือความหยาบของพื้นผิว แต่ก็ไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส

ตอนนี้เราสามารถอธิบายรูปแบบทั้งหมดที่สังเกตได้ในทางปฏิบัติจากโครงสร้างของสสาร ความแรงของอันตรกิริยาระหว่างโมเลกุล

เราทำการทดลองหลายชุด ทำการทดลองแบบเดียวกับนักวิทยาศาสตร์ และได้รับผลลัพธ์ที่ใกล้เคียงกันโดยประมาณ ปรากฎว่าจากการทดลองเราได้ยืนยันข้อความทั้งหมดที่เราทำ

เราสร้างชุดการทดลองเพื่อช่วยให้เข้าใจและอธิบายข้อสังเกตที่ "ยาก" บางอย่าง

แต่สิ่งที่สำคัญที่สุดก็คือเราตระหนักได้ว่าการได้รับความรู้ด้วยตัวเราเองนั้นยิ่งใหญ่เพียงใด แล้วจึงแบ่งปันกับผู้อื่น

รายชื่อวรรณกรรมที่ใช้แล้ว

1. หนังสือเรียนฟิสิกส์เบื้องต้น : คู่มือการเรียน ใน 3-xt /เอ็ด. . ต.1 กลศาสตร์ ฟิสิกส์โมเลกุล อ.: เนากา, 2528.

2. โรคเรื้อนของกลศาสตร์และเทคโนโลยี: หนังสือ สำหรับนักเรียน – อ.: การศึกษา, 2536.

3. โดยวิธีการส่วนที่ 1 และ 2 กลศาสตร์ ฟิสิกส์โมเลกุลและความร้อน อ.: มัธยมปลาย, 2515.

4. สารานุกรมสำหรับเด็ก เล่มที่ 16 1 ชีวประวัติฟิสิกส์ เดินทางสู่ส่วนลึกของสสาร ภาพกลไกของโลก/บทที่ เอ็ด . – อ.: อแวนตา+, 2000

· http://สาธิต. บ้าน. พ.ย. ru/รายการโปรด htm

· http://gannalv. *****/tr/

· http://ru. วิกิพีเดีย องค์กร/วิกิ/%D0%A2%D1%80%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5

· http://class-fizika. *****/7_tren. htm

· http://www. *****/ส่วนประกอบ/ตัวเลือก, com_frontpage/Itemid,1/

คุณรู้ไหมว่าย้อนกลับไปในปี 1500 เลโอนาร์โด ดาวินชีที่เก่งกาจสนใจอย่างมากว่าแรงเสียดทานขึ้นอยู่กับอะไร และแรงเสียดทานนั้นหมายถึงอะไร การทดลองแปลกๆ ที่เขาทำสร้างความประหลาดใจให้กับนักเรียนเป็นอย่างมาก และสิ่งอื่นใดที่คาดหวังได้จากผู้คนที่เห็นนักวิทยาศาสตร์ผู้มีความสามารถลากเชือกข้ามพื้น ไม่ว่าจะคลายออกจนสุดหรือขดแน่น การทดลองเหล่านี้และการทดลองอื่นที่คล้ายคลึงกันทำให้เขาสรุปได้ในภายหลังเล็กน้อย (ในปี 1519) ว่าแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งสัมผัสกับพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่งโดยตรงนั้นขึ้นอยู่กับภาระ (แรงกด) ไม่ได้ขึ้นอยู่กับพื้นที่ปฏิสัมพันธ์ และมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับด้านการเคลื่อนไหว

กำลังเปิดสูตร

180 ปีที่ผ่านมา G. Amonton ค้นพบแบบจำลองของ Leonardo อีกครั้ง และในปี 1781 S. O. Coulomb ได้กำหนดสูตรสุดท้ายในผลงานของเขา ข้อดีของนักวิทยาศาสตร์สองคนนี้คือพวกเขาแนะนำค่าคงที่ทางกายภาพเช่นค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ดังนั้นจึงทำให้สามารถหาสูตรที่สามารถนำมาใช้ในการคำนวณว่าแรงเสียดทานจะเท่ากับเท่าใดสำหรับคู่ของวัสดุที่มีปฏิกิริยาโต้ตอบโดยเฉพาะ จนถึงขณะนี้นี่คือการแสดงออก

F เสื้อ = k เสื้อ x P โดยที่

P คือแรงกด (โหลด) และ k t คือสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานซึ่งย้ายจากปีต่อปีไปยังตำราเรียนและคู่มือเกี่ยวกับฟิสิกส์ต่างๆ และค่าสัมประสิทธิ์เองก็ได้รับการคำนวณมานานแล้วและมีอยู่ในหนังสืออ้างอิงทางวิศวกรรมมาตรฐาน ดูเหมือนว่าปรากฏการณ์นี้จะชัดเจนในที่สุด แต่ก็ไม่เป็นเช่นนั้น

ความแตกต่างใหม่

ในศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์เชื่อว่าสูตรที่เสนอโดยอมอนตันและคูลอมบ์นั้นไม่เป็นสากลและถูกต้องอย่างแน่นอน และแรงเสียดทานไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับค่าสัมประสิทธิ์และภาระที่ใช้เท่านั้น นอกจากนี้ยังมีปัจจัยที่สามคือคุณภาพของการรักษาพื้นผิว แรงเสียดทานจะใช้ค่าที่แตกต่างกัน ขึ้นอยู่กับว่าเรียบหรือหยาบ โดยหลักการแล้ว สิ่งนี้ค่อนข้างสมเหตุสมผล: การเคลื่อนย้ายวัตถุที่เลื่อนได้ง่ายกว่ามากเมื่อเทียบกับการเคลื่อนย้ายวัตถุที่มีพื้นผิวไม่เรียบ และในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 ความสำเร็จใหม่ปรากฏขึ้นในการศึกษาความหนืดและเห็นได้ชัดว่าแรงเสียดทานทำหน้าที่ในของเหลวอย่างไร และถึงแม้ว่าการหล่อลื่นพื้นผิวที่ถูจะใช้ตั้งแต่เริ่มต้นของเทคโนโลยี แต่ในปี 1886 ต้องขอบคุณ O. Reynolds เท่านั้นที่ทฤษฎีที่สอดคล้องกันที่เกี่ยวข้องกับการหล่อลื่นปรากฏขึ้น
ดังนั้น หากมีเพียงพอ และไม่มีการสัมผัสกันโดยตรงระหว่างวัตถุสองชิ้น แรงเสียดทานจะขึ้นอยู่กับอุทกพลศาสตร์เท่านั้น และหากมีสารหล่อลื่นไม่เพียงพอกลไกทั้งสามก็จะเริ่มทำงาน ได้แก่ แรงคูลอมบ์ แรงต้านทานแบบหนืด และแรงที่ป้องกันไม่ให้เคลื่อนตัวออกไป คุณคิดว่าทฤษฎีนี้ได้ยุติการศึกษาปรากฏการณ์นี้แล้วหรือไม่ เพราะเหตุใด ถูกต้องไม่มี เมื่อถึงธรณีประตูของศตวรรษที่ 20 ปรากฎว่าที่ความเร็วต่ำหากไม่มีการหล่อลื่นจะเกิดแถบสีขึ้น สาระสำคัญของมันคือเมื่อไม่มีการหล่อลื่น แรงต้านทานจะไม่ลดลงทันทีจากแรงเริ่มต้นไปจนถึงระดับของแรงคูลอมบ์ แต่จะค่อยๆ ลดลงเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น ในศตวรรษที่ 20 การวิจัยเพิ่มเติมในพื้นที่นี้นำมาซึ่งข้อมูลใหม่มากมายจนจำเป็นต้องจัดระบบอย่างใด เป็นผลให้วิทยาศาสตร์ทั้งหมดปรากฏขึ้น - ไทรโบโลยีซึ่งศึกษาว่าแรงเสียดทานกระทำในธรรมชาติอย่างไร ในสหรัฐอเมริกาเพียงประเทศเดียว จำนวนนักวิทยาศาสตร์ที่ทำงานในสาขานี้มีจำนวนเกินหนึ่งพันคน และมีบทความมากกว่า 700 บทความที่ได้รับการตีพิมพ์เป็นประจำทุกปีเกี่ยวกับหัวข้อนี้ทั่วโลก ฉันสงสัยว่านักวิทยาศาสตร์จะค้นพบสิ่งที่น่าสนใจอะไรอีกบ้าง? รอดู!

การแนะนำ.

เราพบกับแรงเสียดทานในทุกย่างก้าว แต่ถึงแม้ความขัดแย้งจะมีบทบาทอย่างมากในชีวิตของเรา แต่ยังไม่มีการสร้างภาพที่สมบูรณ์เพียงพอของการเกิดแรงเสียดทาน นี่ไม่ใช่เพราะความจริงที่ว่าแรงเสียดทานมีลักษณะที่ซับซ้อน แต่เป็นความจริงที่ว่าการทดลองด้วยแรงเสียดทานนั้นไวต่อการปรับสภาพพื้นผิวมากและเป็นการยากที่จะทำซ้ำ

เมื่อพูดถึงแรงเสียดทาน ปรากฏการณ์ทางกายภาพที่แตกต่างกันเล็กน้อยสามประการจะแยกแยะได้: ความต้านทานเมื่อร่างกายเคลื่อนที่ในของเหลวหรือก๊าซเรียกว่าแรงเสียดทานของเหลว ความต้านทานที่เกิดขึ้นเมื่อร่างกายเลื่อนไปบนพื้นผิวบางส่วนคือการเสียดสีแบบเลื่อนหรือแรงเสียดทานแบบแห้ง แรงต้านที่เกิดขึ้นเมื่อร่างกายม้วนตัว - แรงเสียดทานจากการกลิ้ง .

ประวัติความเป็นมาของแรงเสียดทาน

แรงเสียดทานสูตรแรกเกิดจากเลโอนาร์โด ดา วินชี เขาแย้งว่าแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นเมื่อวัตถุสัมผัสกับพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่งนั้นแปรผันตามภาระ (แรงกด) ซึ่งพุ่งตรงต่อทิศทางการเคลื่อนที่และไม่ขึ้นอยู่กับพื้นที่สัมผัส

แบบจำลองของเลโอนาร์โดถูกค้นพบอีกครั้งใน 180 ปีต่อมาโดย G. Amonton และได้รับการกำหนดขั้นสุดท้ายในงานของคูลอมบ์ (พ.ศ. 2324) อมอนตันและคูลอมบ์นำแนวคิดเรื่องสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานมาใช้เป็นอัตราส่วนของแรงเสียดทานต่อโหลด โดยให้ค่าคงที่ทางกายภาพที่จะกำหนดแรงเสียดทานของวัสดุที่สัมผัสคู่ใดๆ อย่างสมบูรณ์ จนถึงตอนนี้ก็เป็นสูตรนี้

โดยที่ P คือแรงกด และ Ftr คือแรงเสียดทาน เป็นสูตรเดียวที่ปรากฏในตำราฟิสิกส์ และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทาน ftr สำหรับวัสดุต่างๆ (เหล็กบนเหล็ก เหล็กบนทองแดง เหล็กหล่อบนหนัง ฯลฯ) รวมอยู่ในหนังสืออ้างอิงทางวิศวกรรมมาตรฐานและใช้เป็นพื้นฐานสำหรับการคำนวณทางเทคนิคแบบดั้งเดิม

อย่างไรก็ตามในศตวรรษที่ 19 เป็นที่ชัดเจนว่ากฎของอมอนตัน-คูลอมบ์ไม่ได้ให้คำอธิบายที่ถูกต้องเกี่ยวกับแรงเสียดทาน และค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานไม่ได้มีลักษณะสากลแต่อย่างใด ประการแรก มีการตั้งข้อสังเกตว่าค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานไม่เพียงแต่ขึ้นอยู่กับวัสดุที่สัมผัสกันเท่านั้น แต่ยังขึ้นอยู่กับความราบรื่นในการประมวลผลพื้นผิวสัมผัสด้วย ปรากฎว่าแรงเสียดทานสถิตแตกต่างจากแรงเสียดทานระหว่างการเคลื่อนที่ เพื่อเตือนคุณถึงสิ่งที่มักเข้าใจได้จากแรงเสียดทานสถิต ให้เรานำเสนอแผนภาพของการทดลองง่ายๆ (รูปที่ 1)

เราจะพยายามขยับร่างกายโดยการดึงสายเคเบิลที่มีไดนาโมมิเตอร์แบบสปริง เมื่อปลายสายเคเบิลขยับเล็กน้อย ตัวเครื่องจะยังคงอยู่กับที่: แรงที่เกิดจากสปริงไดนาโมมิเตอร์นั้นไม่เพียงพอ โดยปกติจะกล่าวกันว่าแรงเสียดทานจะเกิดขึ้นบนพื้นผิวที่สัมผัส ซึ่งจะทำให้แรงที่ใช้มีความสมดุล เราค่อยๆ เพิ่มการกระจัด และแรงยืดหยุ่นที่ใช้กับร่างกายด้วย เมื่อถึงจุดหนึ่งก็เพียงพอแล้วที่จะขยับร่างกายออกจากที่เดิม การอ่านค่าไดนาโมมิเตอร์ที่บันทึกไว้ในขณะนี้มักเรียกว่าแรงเสียดทานสถิตซึ่งระบุถึงความสามารถในการจำกัดของการยึดเกาะของวัตถุที่อยู่นิ่ง (คงที่) หากเราค่อยๆ ดึงสายเคเบิล ลำตัวก็จะเคลื่อนที่ไปตามพื้นผิว ปรากฎว่าการอ่านค่าไดนาโมมิเตอร์ที่บันทึกไว้ระหว่างการเคลื่อนไหวจะไม่เหมือนกับตอนที่สตาร์ท โดยทั่วไปแล้ว แรงเสียดทานระหว่างการเคลื่อนที่ช้าๆ จะน้อยกว่าแรงทำลายซึ่งก็คือแรงเสียดทานสถิต คูลอมบ์ศึกษาแรงเสียดทานอย่างแม่นยำระหว่างการเคลื่อนที่ช้าๆ ของวัตถุที่สัมผัสกัน และพบว่าแรงนี้ไม่ได้ขึ้นอยู่กับขนาดของความเร็ว แต่ขึ้นอยู่กับทิศทางของการเคลื่อนที่เท่านั้น (มักจะพุ่งเข้าหาการเคลื่อนไหวเสมอ

ปลายศตวรรษที่ 19 ประสบความสำเร็จอย่างน่าทึ่งในการศึกษาความหนืด ซึ่งก็คือแรงเสียดทานในของเหลว อาจทราบกันมาตั้งแต่สมัยก่อนประวัติศาสตร์ว่าพื้นผิวที่หล่อลื่นด้วยจาระบีหรือแม้กระทั่งการชุบน้ำให้ลื่นไหลได้ง่ายกว่ามาก การหล่อลื่นพื้นผิวที่ถูถูกนำมาใช้มาตั้งแต่กำเนิดของเทคโนโลยี แต่ในปี พ.ศ. 2429 มีเพียง O. Reynolds เท่านั้นที่ให้ทฤษฎีการหล่อลื่นครั้งแรก

หากมีชั้นสารหล่อลื่นหนาเพียงพอ เพื่อให้แน่ใจว่าไม่มีการสัมผัสกันโดยตรงระหว่างพื้นผิวที่ถู แรงเสียดทานจะถูกกำหนดโดยคุณสมบัติของชั้นสารหล่อลื่นเท่านั้น แรงเริ่มต้นคงที่จะเป็นศูนย์ และเมื่อความเร็วเพิ่มขึ้น แรงต้านทานต่อการเคลื่อนไหวจะเพิ่มขึ้น หากมีการหล่อลื่นไม่เพียงพอ กลไกทั้งสามจะทำงาน: แรงต้านทานสถิตต่อการเคลื่อนที่ออกจากสถานที่ แรงคูลอมบ์ และแรงต้านทานความหนืด

ดังนั้นในตอนท้ายของศตวรรษที่ 19 ภาพของการพึ่งพาแรงเสียดทานกับความเร็วที่นำเสนอโดยกราฟจึงชัดเจน (รูปที่ 2, a) แต่เมื่อถึงธรณีประตูของศตวรรษที่ 20 ความสงสัยก็เกิดขึ้นเกี่ยวกับความถูกต้องของภาพนี้ที่ความเร็วต่ำมาก ในปี 1902 Stribeck ตีพิมพ์ข้อมูลที่แสดงให้เห็นว่าหากไม่มีการหล่อลื่น แรงลากจะไม่ลดลงทันทีจากระดับแรงทำลายจนถึงแรงคูลอมบ์ แต่จะค่อยๆ ลดลงตามความเร็วที่เพิ่มขึ้น ซึ่งส่งผลตรงกันข้ามกับความหนืดของอุทกพลศาสตร์ ข้อเท็จจริงนี้ได้รับการตรวจสอบซ้ำหลายครั้งในภายหลัง และปัจจุบันมักเรียกว่าเอฟเฟกต์สตริเบค รูปภาพของการพึ่งพาแรงเสียดทานกับความเร็ว (รูปที่ 2, b.)

เทคโนโลยีที่พัฒนาอย่างรวดเร็วของศตวรรษที่ 20 ต้องการความสนใจในการศึกษาเรื่องแรงเสียดทานมากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงทศวรรษที่ 30 การวิจัยในสาขาแรงเสียดทานมีความเข้มข้นมากจนจำเป็นต้องแยกแยะว่าเป็นวิทยาศาสตร์พิเศษ - ไทรโบโลยีซึ่งอยู่ที่จุดตัดของกลศาสตร์ฟิสิกส์ของปรากฏการณ์พื้นผิวและเคมี (การสร้างน้ำมันหล่อลื่นใหม่เป็นผลงานของ นักเคมี) ในสหรัฐอเมริกาเพียงแห่งเดียว ปัจจุบันมีนักวิจัยมากกว่า 1,000 คนที่ทำงานในด้านนี้ และมีบทความมากกว่า 700 บทความที่ได้รับการตีพิมพ์เป็นประจำทุกปีในสาขาวิทยาศาสตร์โลก

ภาพสมัยใหม่ของการเสียดสี.

เพื่อที่จะเข้าใจพื้นฐานของไทรโบโลยีอย่างน้อยที่สุด สิ่งแรกที่เราควรพิจารณาคือภูมิประเทศของพื้นผิวของส่วนต่าง ๆ ของกลไกจริงที่สัมผัสกัน พื้นผิวเหล่านี้ไม่เคยเรียบเสมอกันและมีความไม่สม่ำเสมอระดับจุลภาค ตำแหน่งของส่วนที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวด้านหนึ่งไม่ตรงกับตำแหน่งของส่วนที่ยื่นออกมาบนพื้นผิวอีกด้านหนึ่ง ในฐานะหนึ่งในผู้บุกเบิกด้านไทรโบโลยี F. Bowden กล่าวโดยนัยว่า "การซ้อนทับของวัตถุแข็งสองชิ้นที่ต่อกันนั้นเหมือนกับการซ้อนทับของเทือกเขาแอลป์ของสวิสบนเทือกเขาแอลป์ของออสเตรียกลับหัว - พื้นที่สัมผัสมีขนาดเล็กมาก ” อย่างไรก็ตาม ภายใต้การบีบอัด "ยอดเขา" ที่แหลมจะมีรูปร่างผิดปกติแบบพลาสติก และพื้นที่สัมผัสจริงจะเพิ่มขึ้นตามสัดส่วนของภาระที่ใช้ ความต้านทานต่อการเปลี่ยนแปลงสัมพัทธ์ของโซนสัมผัสเหล่านี้ซึ่งเป็นแหล่งที่มาหลักของแรงเสียดทานจากการเคลื่อนที่ ความต้านทานแรงเฉือนที่การสัมผัสในอุดมคตินั้นพิจารณาจากปฏิกิริยาระหว่างโมเลกุล ซึ่งขึ้นอยู่กับลักษณะของวัสดุที่สัมผัสกัน

ดังนั้นจึงอธิบายอิทธิพลของปัจจัยหลักสองประการได้: โหลด (แรงกด) และคุณสมบัติของวัสดุ อย่างไรก็ตาม มีสถานการณ์ที่ซับซ้อนสองประการ ประการแรก พื้นผิวโลหะในอากาศจะถูกปกคลุมอย่างรวดเร็วด้วยฟิล์มออกไซด์บางๆ และในความเป็นจริงแล้วการสัมผัสกันไม่ได้เกิดขึ้นระหว่างพื้นผิวโลหะล้วนๆ แต่ระหว่างฟิล์มออกไซด์ที่มีความต้านทานแรงเฉือนต่ำกว่า โดยทั่วไปการซึมผ่านของของเหลวหรือสารหล่อลื่นแบบเพสต์จะเปลี่ยนรูปแบบการสัมผัส ประการที่สอง ด้วยแรงเฉือนแบบสัมพัทธ์ ไม่เพียงแต่เกิดการเลื่อนไปตามพื้นที่สัมผัสเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเสียรูปยืดหยุ่นของส่วนที่ยื่นออกมาและยอดอีกด้วย ให้เราเน้นจุดสูงสุดเพียงสองจุดในแผนผัง (ในทางปฏิบัติความชันของความชันจะอยู่ที่ประมาณ 10?-20? แต่เพื่อความชัดเจน พวกมันจะถูกวาดให้ชันกว่าในรูปที่ 3) เมื่อพยายามเคลื่อนที่ไปในแนวนอน จุดสูงสุดด้านหนึ่งจะเริ่มโค้งงออีกจุดหนึ่ง นั่นคือ ขั้นแรกจะพยายามทำให้ถนนเรียบแล้วจึงเลื่อนไปตามทาง ความกว้างของยอดเขามีขนาดเล็ก (ตามลำดับหนึ่งในร้อยของมิลลิเมตร) และภายในตำแหน่งไมโครดิสเพลสเมนต์ดังกล่าวนั้น บทบาทหลักนั้นเล่นโดยการต้านทานแบบยืดหยุ่น นั่นคือแรงจะต้องเป็นไปตามกฎของฮุคและเป็นสัดส่วนกับการกระจัด กล่าวอีกนัยหนึ่ง ด้วยไมโครดิสเพลสเมนต์ พื้นผิวสัมผัสดูเหมือนจะเชื่อมต่อกันด้วยสปริงจำนวนมาก แต่หลังจากที่ยอดเขาบนเคลื่อนผ่านยอดเขาล่างระหว่างการเคลื่อนที่ (และแบนทั้งคู่) สปริงก็จะแตกออกจนเจอสิ่งกีดขวางใหม่ ดังนั้น หลังจากออกแรงตามแนวยาวเพื่อเคลื่อนวัตถุทั้งสองแล้ว ก็จะเกิดโหมดหลักสี่โหมดต่อไปนี้ได้: โหมด

ฉันยืดหยุ่นไมโครดิสเพลสเมนต์โหมด

II เลื่อนไปตามพื้นที่สัมผัสของชั้นพื้นผิวที่อ่อนนุ่ม (ฟิล์มออกไซด์) โหมด

III เมื่อความเร็วสูงขึ้น สารหล่อลื่นเหลวที่ถูกบีบจะสร้างแรงยกที่ทำลายการสัมผัสโดยตรงส่วนใหญ่ และด้วยเหตุนี้จึงลดแรงเสียดทาน

IV เมื่อการสัมผัสโดยตรงหายไปพร้อมกัน ตัวหนึ่งจะ “ลอย” เหนืออีกตัวหนึ่งไปตามชั้นหล่อลื่นและความต้านทานความหนืดจะเพิ่มขึ้นตามความเร็วที่เพิ่มขึ้น

ทิ้งคำตอบไว้ แขก

แรงเสียดทานซึ่งติดตามเราไปทุกที่มีบทบาทสำคัญในชีวิตของเรา จริงอยู่ เราไม่ได้สังเกตเห็นสิ่งนี้ในความกังวลในชีวิตประจำวันของเรา และส่วนใหญ่มักจะพยายามลดผลกระทบจากแรงเสียดทานให้เหลือน้อยที่สุด ตลับลูกปืน สารหล่อลื่น รูปทรงเพรียวบาง ทั้งหมดนี้และอีกมากมายช่วยให้คุณต่อสู้กับแรงเสียดทานประเภทต่างๆ ได้สำเร็จ สิ่งนี้ต้องใช้ความพยายามและเงินอย่างมาก เนื่องจากความคิดเห็นได้พัฒนาเกี่ยวกับอันตรายของแรงเสียดทานว่าหากแรงเสียดทานหายไปอย่างกะทันหัน คน ๆ หนึ่งก็จะได้รับประโยชน์เท่านั้น แต่มันคืออะไร? สิ่งนี้ยังห่างไกลจากความจริง เพราะความขัดแย้งเป็นทั้งศัตรูและพันธมิตรของเรา ในบางกรณี การไม่มีแรงเสียดทานอาจก่อให้เกิดปัญหาใหญ่ได้ (เช่น การเบรกของรถยนต์เกิดขึ้นเพียงเพราะแรงเสียดทานที่เกิดขึ้นระหว่างผ้าเบรกและดรัม) และในบางกรณี แม้แต่แรงเสียดทานเพียงเล็กน้อยก็ส่งผลกระทบที่อันตรายที่สุด (สำหรับ เช่นในนาฬิกาจักรกลและเครื่องมือทางวิทยาศาสตร์ชั้นดี) อย่างไรก็ตาม เพื่อให้เข้าใจถึงความสำคัญทั้งหมดของแรงเสียดทาน จำเป็นต้อง "ปิดมัน" และติดตามเหตุการณ์ในอนาคต แล้วโลกจะเป็นอย่างไรถ้าปราศจากแรงเสียดทานที่แห้งและหนืดทุกชนิด? เราจะไม่สามารถเดินหรือขยับไปทางอื่นได้ ท้ายที่สุดแล้ว ขณะเดิน ฝ่าเท้าของเราจะเสียดสีกับพื้น และหากไม่มีการเสียดสี เราก็จะรู้สึกแย่ยิ่งกว่ารองเท้าที่ลื่นที่สุดบนน้ำแข็งที่เรียบที่สุด ไม่ใช่วัตถุชิ้นเดียว (รวมถึงพวกเราด้วย) ที่สามารถอยู่ในที่เดียวได้ ท้ายที่สุดแล้ว ทุกสิ่งที่อยู่บนโต๊ะ พื้น หรือเพียงแค่พื้นดินจะถูกยึดไว้ด้วยแรงเสียดทานสถิต อะไรจะเกิดขึ้น? ร่างทั้งหมดจะเริ่มเคลื่อนไหวโดยพยายามจะไปถึงจุดต่ำสุด บนโลกนี้แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะสร้างพื้นผิวแนวนอนที่สมบูรณ์แบบ แม้แต่โต๊ะในห้องปฏิบัติการหรือเตียงเครื่องจักรที่มีระดับก็ยังมีความชันถึงหนึ่งในพันขององศา แต่ในโลกที่ปราศจากการเสียดสี ร่างกายจะเริ่มเคลื่อนไหวได้แม้จะอยู่บนเครื่องบินแบบนั้นก็ตาม เป็นที่ชัดเจนว่าไม่จำเป็นต้องพูดคุยเกี่ยวกับการขนส่งและโดยทั่วไปเกี่ยวกับการทำงานของกลไกใด ๆ ผ้าเบรก รอกและสายพาน ยาง และถนน - สิ่งเหล่านี้จะไม่เกิดแรงเสียดทานระหว่างกัน ดังนั้นจึงจะไม่ทำงาน และตัวเครื่องเองก็จะไม่มีอีกต่อไป - สลักเกลียวทั้งหมดจะถูกคลายเกลียวออกจากพวกมันและน็อตทั้งหมดจะถูกคลายเกลียวเนื่องจากพวกมันถูกยึดเข้าที่เนื่องจากแรงเสียดทานในเกลียวเท่านั้น หากความเสียดทานหายไปอย่างกะทันหัน บ้านของเราก็จะพังทลายในพริบตา - ปูนจะไม่ยึดอิฐอีกต่อไป ตะปูที่ตอกจะหลุดออกมาจากกระดานเพราะพวกมันถูกยึดไว้ที่นั่นด้วยการเสียดสีเท่านั้น! เฉพาะโครงสร้างโลหะที่เชื่อมหรือตรึงเท่านั้นที่จะยังคงสภาพเดิม หากปราศจากการเสียดสี สิ่งอื่นๆ ที่เราคุ้นเคยก็จะหายไป มันจะเป็นไปไม่ได้ที่จะผูกปมจากเชือก - พวกมันจะคลี่คลาย วัสดุทอทั้งหมดจะแยกออกเป็นเส้นด้ายแต่ละเส้น และเส้นด้ายจะสลายตัวเป็นเส้นใยที่เล็กที่สุดที่ประกอบเป็นเส้นใยเหล่านั้น ชะตากรรมเดียวกันกำลังรอคอยตาข่ายโลหะและเชือก การเปลี่ยนแปลงครั้งใหญ่กำลังรอธรรมชาติอยู่ - รูปร่างหน้าตาของโลกจะเปลี่ยนไปจนจำไม่ได้ คลื่นที่เกิดขึ้นในมหาสมุทรจะไม่ลดลงและลมแรงที่น่ากลัวอย่างต่อเนื่องจะพัดในชั้นบรรยากาศ - ท้ายที่สุดแล้วไม่มีการเสียดสีระหว่างชั้นน้ำและอากาศแต่ละชั้นซึ่งหมายความว่าไม่มีสิ่งใดขัดขวางไม่ให้พวกมันเคลื่อนที่เร็วมากเมื่อเทียบกับ กันและกัน. แม่น้ำจะล้นตลิ่ง และน้ำจะไหลอย่างรวดเร็วทั่วที่ราบ ภูเขาและเนินเขาจะเริ่มพังทลายเป็นบล็อกและทรายแยกจากกัน ต้นไม้ที่รากถูกฝังอยู่ในดินเพียงเพราะแรงเสียดทานจะเริ่มถอนรากถอนโคนและคลานเพื่อค้นหาจุดต่ำสุด ใช่แล้ว ภาพอันเลวร้ายจะปรากฏขึ้นต่อหน้าต่อตาเรา ภูเขา ต้นไม้ ก้อนหินขนาดใหญ่ และดินเองก็จะคลาน ผสมปนเปกัน จนกว่าพวกเขาจะพบจุดสมดุล หากแรงเสียดทานหายไป โลกของเราก็จะกลายเป็นลูกบอลเรียบ โดยจะไม่มีภูเขา ไม่มีความหดหู่ ไม่มีแม่น้ำ ไม่มีมหาสมุทร - ทั้งหมดนี้จะแตก ไหลออก ปะปนกัน และตกลงไปเป็นกองเดียว และลมแรงที่ไม่เคยสงบลงแม้แต่นาทีเดียวก็จะจับฝุ่นและพัดพาไปทั่วโลก ชีวิตในสภาวะเช่นนี้ไม่น่าจะเป็นไปได้... ดังนั้นเราจึงไม่สามารถพูดถึงแรงเสียดทานว่าเป็นปรากฏการณ์ทางกายภาพที่เป็นอันตรายได้ ใช่ การลดแรงเสียดทานให้เหลือน้อยที่สุดมักเป็นสิ่งสำคัญ แต่บ่อยครั้งต้องใช้แรงเสียดทานสูงสุดที่เป็นไปได้ด้วย เนื่องจากแรงเสียดทานเป็นทั้งศัตรูและมิตร

มีปรากฏการณ์ทางกายภาพมากมายในโลกรอบตัวเรา: ฟ้าร้องและฟ้าผ่า ฝนและลูกเห็บ กระแสไฟฟ้า แรงเสียดทาน... รายงานของเราในวันนี้เน้นเรื่องแรงเสียดทาน เหตุใดแรงเสียดทานจึงเกิดขึ้น ส่งผลอย่างไร แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับอะไร? และสุดท้าย แรงเสียดทานเป็นมิตรหรือศัตรู?

แรงเสียดทานคืออะไร?

เมื่อวิ่งขึ้นไปอีกหน่อยก็สามารถพุ่งไปตามเส้นทางน้ำแข็งได้ แต่ลองทำบนยางมะตอยปกติ อย่างไรก็ตาม มันไม่คุ้มที่จะลอง ไม่มีอะไรจะได้ผล ต้นเหตุของความล้มเหลวของคุณคือแรงเสียดทานที่มีขนาดใหญ่มาก ด้วยเหตุผลเดียวกัน จึงเป็นการยากที่จะย้ายโต๊ะขนาดใหญ่หรือเปียโน

เมื่อวัตถุทั้งสองสัมผัสกัน ปฏิสัมพันธ์จะเกิดขึ้นเสมอซึ่งป้องกันการเคลื่อนไหวของวัตถุหนึ่งบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง มันเรียกว่าแรงเสียดทาน และขนาดของอันตรกิริยานี้คือแรงเสียดทาน

ประเภทของแรงเสียดทาน

ลองนึกภาพว่าคุณต้องย้ายตู้หนักๆ เห็นได้ชัดว่าความแข็งแกร่งของคุณไม่เพียงพอ มาเพิ่มแรง “เฉือน” กัน ในขณะเดียวกัน แรงเสียดทานก็เพิ่มขึ้น ความสงบ.และมุ่งไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนที่ของตู้ ในที่สุดแรง “ตัด” “ชนะ” และคณะรัฐมนตรีก็เคลื่อนตัวออกไป ตอนนี้แรงเสียดทานก็เข้ามาในตัวมันเอง ลื่น.แต่มันน้อยกว่าแรงเสียดทานสถิตและการเคลื่อนย้ายตู้ให้ไกลขึ้นนั้นง่ายกว่ามาก

แน่นอนว่าคุณต้องดูว่าคน 2-3 คนกลิ้งรถหนักคันหนึ่งออกไปโดยที่เครื่องยนต์ดับกะทันหัน คนเข็นรถไม่ใช่คนเข้มแข็ง แรงเสียดทานมันแค่ไปกระทำที่ล้อรถเท่านั้น กลิ้งแรงเสียดทานประเภทนี้เกิดขึ้นเมื่อวัตถุหนึ่งกลิ้งไปบนพื้นผิวของอีกวัตถุหนึ่ง ลูกบอล ดินสอกลมหรือเหลี่ยมเพชรพลอย ล้อรถไฟ ฯลฯ สามารถกลิ้งได้ แรงเสียดทานประเภทนี้มีน้อยกว่าแรงเสียดทานแบบเลื่อนมาก ดังนั้นจึงเป็นเรื่องง่ายมากที่จะเคลื่อนย้ายเฟอร์นิเจอร์ที่มีน้ำหนักมากหากมีล้อ

แต่ในกรณีนี้แรงเสียดทานจะมุ่งตรงต่อการเคลื่อนไหวของร่างกายจึงทำให้ความเร็วของร่างกายลดลง หากไม่ใช่เพราะ "ลักษณะที่เป็นอันตราย" ของการเร่งความเร็วบนจักรยานหรือโรลเลอร์สเก็ต คุณก็สามารถเพลิดเพลินกับการขับขี่ได้อย่างไม่มีกำหนด ด้วยเหตุผลเดียวกัน รถที่ดับเครื่องยนต์จะเคลื่อนที่ตามแรงเฉื่อยชั่วระยะเวลาหนึ่งแล้วจึงหยุด

โปรดจำไว้ว่าแรงเสียดทานมี 3 ประเภท:

• แรงเสียดทานแบบเลื่อน
• แรงเสียดทานจากการกลิ้ง
• แรงเสียดทานสถิต

อัตราการเปลี่ยนแปลงความเร็วเรียกว่าความเร่ง แต่เนื่องจากแรงเสียดทานทำให้การเคลื่อนที่ช้าลง ความเร่งนี้จึงจะมีเครื่องหมายลบ คงจะพูดถูกแล้ว ภายใต้อิทธิพลของแรงเสียดทาน ร่างกายจะเคลื่อนที่ด้วยความชะลอตัว

ลักษณะของแรงเสียดทานคืออะไร

หากคุณตรวจสอบพื้นผิวเรียบของโต๊ะขัดเงาหรือน้ำแข็งผ่านแว่นขยาย คุณจะเห็นความหยาบเล็กๆ ที่ร่างกายเลื่อนหรือกลิ้งไปตามพื้นผิวเกาะ ท้ายที่สุดแล้ว วัตถุที่เคลื่อนที่ไปตามพื้นผิวเหล่านี้ก็มีส่วนที่ยื่นออกมาเหมือนกัน

เมื่อถึงจุดที่สัมผัสกัน โมเลกุลจะเข้ามาใกล้กันมากจนเริ่มดึงดูดกัน แต่ร่างกายยังคงเคลื่อนไหวต่อไป อะตอมก็เคลื่อนตัวออกจากกัน พันธะระหว่างพวกมันก็พังทลายลง สิ่งนี้ทำให้อะตอมที่เป็นอิสระจากแรงดึงดูดสั่นสะเทือน ประมาณวิธีที่สปริงหลุดจากแรงดึงจะแกว่งไปมา เรารับรู้ถึงการสั่นสะเทือนของโมเลกุลเหล่านี้ว่าเป็นการให้ความร้อน นั่นเป็นเหตุผล แรงเสียดทานจะมาพร้อมกับการเพิ่มขึ้นของอุณหภูมิของพื้นผิวสัมผัสเสมอ

ซึ่งหมายความว่ามีสองสาเหตุที่ทำให้เกิดปรากฏการณ์นี้:

• ความผิดปกติบนพื้นผิวของวัตถุที่สัมผัส
• แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุล

แรงเสียดทานขึ้นอยู่กับอะไร?

คุณอาจสังเกตเห็นการเบรกกะทันหันของเลื่อนเมื่อเลื่อนไปบนพื้นทราย และข้อสังเกตที่น่าสนใจอีกประการหนึ่งคือ เมื่อมีคนอยู่บนเลื่อน พวกเขาจะลงไปทางหนึ่งจากเนินเขา และถ้าเพื่อนสองคนเลื่อนไปด้วยกันเลื่อนจะหยุดเร็วขึ้น ดังนั้น แรงเสียดทานคือ:

• ขึ้นอยู่กับวัสดุของพื้นผิวสัมผัส
• นอกจากนี้แรงเสียดทานจะเพิ่มขึ้นตามน้ำหนักตัวที่เพิ่มขึ้น
• กระทำไปในทิศทางตรงกันข้ามกับการเคลื่อนไหว

วิทยาศาสตร์อันยอดเยี่ยมของฟิสิกส์ก็ดีเช่นกัน เนื่องจากการพึ่งพาหลายอย่างสามารถแสดงออกได้ไม่เพียงแต่เป็นคำพูด แต่ยังอยู่ในรูปแบบของเครื่องหมายพิเศษ (สูตร) ​​ด้วย สำหรับแรงเสียดทานจะมีลักษณะดังนี้:

Ftr = กิโลนิวตัน ที่ไหน:

ฟุต - แรงเสียดทาน

เค - ค่าสัมประสิทธิ์แรงเสียดทานซึ่งสะท้อนถึงการพึ่งพาแรงเสียดทานกับวัสดุและความสะอาดของการประมวลผล สมมติว่า ถ้าโลหะกลิ้งบนโลหะ k=0.18 ถ้าคุณเล่นสเก็ตบนน้ำแข็ง k=0.02 (สัมประสิทธิ์แรงเสียดทานจะน้อยกว่าหนึ่งเสมอ)

เอ็น คือแรงที่กระทำต่อแนวรับ หากร่างกายอยู่บนพื้นผิวแนวนอน แรงนี้จะเท่ากับน้ำหนักของร่างกาย สำหรับระนาบเอียงจะมีน้ำหนักน้อยกว่าและขึ้นอยู่กับมุมเอียง ยิ่งสไลด์ชันมากเท่าไรก็ยิ่งสไลด์ลงได้ง่ายขึ้นและขี่ได้ไกลขึ้นเท่านั้น

และด้วยการคำนวณแรงเสียดทานสถิตของตู้โดยใช้สูตรนี้ เราจะพบว่าต้องใช้แรงเท่าใดในการเคลื่อนย้ายตู้ออกจากตำแหน่ง

การทำงานของแรงเสียดทาน

หากแรงกระทำต่อร่างกายภายใต้อิทธิพลที่ร่างกายเคลื่อนไหว งานก็จะเสร็จสิ้นเสมอ การทำงานของแรงเสียดทานมีลักษณะเฉพาะของตัวเอง: ท้ายที่สุดแล้วมันไม่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหว แต่ป้องกันมัน ดังนั้นงานที่ทำคือ จะเป็นลบเสมอเช่น โดยมีเครื่องหมายลบไม่ว่าร่างกายจะเคลื่อนไหวไปในทิศทางใดก็ตาม

แรงเสียดทานคือมิตรหรือศัตรู

แรงเสียดทานติดตามเราไปทุกที่ นำมาซึ่งอันตรายที่จับต้องได้และ... ผลประโยชน์มหาศาล ลองจินตนาการว่าแรงเสียดทานหายไปแล้ว ผู้สังเกตการณ์ที่ประหลาดใจจะเห็นว่าภูเขาพังทลาย ต้นไม้ถูกถอนรากถอนโคนจากพื้นดินด้วยตัวมันเอง ลมพายุเฮอริเคน และคลื่นทะเลปกคลุมโลกอย่างไม่สิ้นสุด ศพทั้งหมดเลื่อนลงมาที่ไหนสักแห่ง การขนส่งก็แตกออกเป็นชิ้นๆ เนื่องจากสลักเกลียวไม่ทำหน้าที่ของมันโดยไม่มีการเสียดสี สัตว์ประหลาดที่มองไม่เห็นก็จะแก้เชือกผูกรองเท้าและปมทั้งหมด เฟอร์นิเจอร์ที่ไม่ถูกยึดด้วยแรงเสียดทาน เลื่อนไปอยู่มุมล่างสุดของห้อง

มาลองหลบหนีเพื่อหนีจากความวุ่นวายนี้แต่ไม่มีความขัดแย้ง เราจะไม่สามารถก้าวไปได้แม้แต่ก้าวเดียวท้ายที่สุดแล้วการเสียดสีช่วยให้เราดันพื้นขณะเดินได้ ตอนนี้เป็นที่ชัดเจนแล้วว่าทำไมถนนลื่นจึงถูกปกคลุมไปด้วยทรายในฤดูหนาว...

และในขณะเดียวกันบางครั้งการเสียดสีก็ทำให้เกิดอันตรายอย่างมาก ผู้คนได้เรียนรู้ที่จะลดและเพิ่มแรงเสียดทาน ซึ่งได้รับประโยชน์มหาศาลจากสิ่งนี้ ตัวอย่างเช่น ล้อถูกประดิษฐ์ขึ้นเพื่อลากของหนัก โดยแทนที่แรงเสียดทานจากการเลื่อนด้วยการกลิ้ง ซึ่งน้อยกว่าแรงเสียดทานจากการเลื่อนอย่างมาก

เนื่องจากตัวรถที่กลิ้งไม่จำเป็นต้องจับสิ่งผิดปกติของพื้นผิวเล็กๆ น้อยๆ มากมาย เช่น เมื่อตัวรถเลื่อน จากนั้นล้อก็ติดตั้งยางที่มีลายลึก (ดอกยาง)

สังเกตไหมว่ายางทั้งหมดเป็นยางและสีดำ?

ปรากฎว่ายางยึดล้อได้ดีบนถนนและถ่านหินที่เติมเข้าไปในยางทำให้ได้สีดำและมีความแข็งแกร่งและความแข็งแกร่งที่จำเป็น นอกจากนี้ในกรณีที่เกิดอุบัติเหตุบนท้องถนนยังช่วยให้คุณวัดระยะเบรกได้อีกด้วย ท้ายที่สุดเมื่อเบรกยางจะทิ้งรอยดำไว้อย่างชัดเจน

หากจำเป็น ลดแรงเสียดทาน ให้ใช้น้ำมันหล่อลื่นและน้ำมันหล่อลื่นกราไฟท์แห้ง สิ่งประดิษฐ์ที่น่าทึ่งคือการสร้างตลับลูกปืนประเภทต่างๆ ใช้ในกลไกต่างๆ มากมาย ตั้งแต่จักรยานไปจนถึงเครื่องบินรุ่นล่าสุด

มีการเสียดสีในของเหลวหรือไม่?

เมื่อร่างกายอยู่กับที่ในน้ำ จะไม่เกิดการเสียดสีกับน้ำ แต่ทันทีที่มันเริ่มเคลื่อนที่ แรงเสียดทานก็เกิดขึ้น เช่น น้ำต้านทานการเคลื่อนไหวของวัตถุใดๆ ที่อยู่ในนั้น

ซึ่งหมายความว่าชายฝั่งที่ก่อให้เกิดการเสียดสีทำให้น้ำ "ช้าลง" และเนื่องจากการเสียดสีของน้ำบนฝั่งทำให้ความเร็วลดลง คุณจึงไม่ควรว่ายกลางแม่น้ำ เพราะกระแสน้ำจะแรงกว่ามาก ปลาและสัตว์ทะเลมีรูปร่างในลักษณะที่ทำให้ร่างกายเสียดสีกับน้ำน้อยที่สุด

นักออกแบบให้ความคล่องตัวเช่นเดียวกันกับเรือดำน้ำ

ความใกล้ชิดของเรากับปรากฏการณ์ทางธรรมชาติอื่น ๆ จะดำเนินต่อไป แล้วพบกันใหม่นะเพื่อนๆ!

หากข้อความนี้เป็นประโยชน์ต่อคุณ ฉันยินดีที่จะพบคุณ